一、立項背景

　　我國風(fēng)能資源豐富區主要分布的“三北”地區，近年來(lái)“棄風(fēng)限電”現象越來(lái)越嚴重，風(fēng)電發(fā)展重點(diǎn)需向用電需求更大的東部和南方低風(fēng)速區域轉移。為了充分開(kāi)發(fā)低風(fēng)速、超低風(fēng)速區域的風(fēng)電資源，增高塔架高度增大輪轂處風(fēng)速是重要方法之一。

　　現階段，國內風(fēng)電塔架的傳統結構為全鋼制塔架，這種塔架在高度超過(guò)90m以上時(shí)振幅較大、頻率變低，呈現出低頻大振幅的“柔性”特點(diǎn)，嚴重時(shí)會(huì )與風(fēng)電機組發(fā)生共振，對機組運行造成嚴重安全影響，大振幅造成機頭“點(diǎn)頭”的現象也會(huì )造成發(fā)電機水平軸發(fā)生夾角，葉片的設計受風(fēng)面發(fā)生夾角，易損失發(fā)電量。此外，90m以上風(fēng)電塔架所受載荷較大，底部直徑也大。傳統全鋼制塔架由于整體卷軋成型、整體運輸，會(huì )超過(guò)我國公路規定的“4.5m的道路限高及限寬”的要求，無(wú)法運輸。因此，傳統全鋼制塔架無(wú)法解決我國低風(fēng)速區域的發(fā)電問(wèn)題。

　　混合塔架指的是采用鋼材與混凝土材料組合的新型預應力混合式風(fēng)電塔架，鋼材與混凝土結合的新型預應力混合式風(fēng)電塔架是當前世界最先進(jìn)的解決高塔架設計的方案之一，其具有很多優(yōu)勢：阻尼特性和吸能效果好、抗沖擊和抗疲勞性能優(yōu)越、耐腐蝕和耐久性良好、并且該塔架不僅可以在現場(chǎng)施工減少運輸成本和吊裝成本，還在可以在工廠(chǎng)預制生產(chǎn)，分片分段運輸、現場(chǎng)裝配，解決了傳統鋼制塔架所遇到的問(wèn)題并能解決一般混凝土結構現場(chǎng)施工產(chǎn)生的粉塵污染、噪音污染、水電浪費等建筑污染問(wèn)題。

　　二、研究?jì)热?/strong>

　　本項目研究包括140m超高風(fēng)力發(fā)電鋼混塔架的整機載荷設計計算、總體設計、鋼塔架段設計和塔筒內附件設計、混凝土段結構設計和試驗以及項目的應用推廣等。項目以關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)為目標，建立了140m鋼混塔架的設計、生產(chǎn)、運輸、吊裝、測試驗證各環(huán)節的技術(shù)與工藝，并配合產(chǎn)業(yè)化項目進(jìn)行了工程應用嘗試和驗證。在此基礎上，積累了大量的開(kāi)發(fā)與應用經(jīng)驗。本項目完成了項目預期目標，完成對140m混合塔架關(guān)鍵技術(shù)的研究，在推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研究的同時(shí)已完成項目產(chǎn)業(yè)化，并對其中關(guān)鍵技術(shù)建立了相應了自主設計能力。

　　本項目完成了55m預制混凝土段的設計、生產(chǎn)和吊裝工作。同時(shí)對風(fēng)機基礎形式、預制裝配式節點(diǎn)拼裝工藝、預制裝配式結構模具、體內預應力索孔道精確生產(chǎn)和定位工藝等進(jìn)行了創(chuàng )新性的研究。在實(shí)際應用過(guò)程中，取得了很好的效果，提高了施工質(zhì)量，縮短了工期。

模具現場(chǎng)拼裝圖

預應力孔道精確對位工藝圖

　　三、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng )新點(diǎn)

　　本項目開(kāi)發(fā)的140米風(fēng)力發(fā)電混合塔架，實(shí)現了低風(fēng)速高切變地域風(fēng)力資源的高效利用。本項目成果風(fēng)力發(fā)電混合塔架采用55米預制裝配式預應力混凝土結構和85米鋼制塔架結構形式，優(yōu)化了塔架的剛度，提高了抗疲勞性能以及運行的穩定性。本項目研發(fā)的平板式空心基礎、塔架與基礎的連接方式、預制裝配節點(diǎn)拼接工藝、大直徑高精度的模具、新型現場(chǎng)拼裝平臺、監測手段和監測方案，有效提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，降低了施工周期和施工成本。

　　四、經(jīng)濟和社會(huì )效益

　　截止2018年12月15日，北京天杉高科風(fēng)電科技有限責任公司混塔訂單數量109.7萬(wàn)千瓦，共計527臺，已經(jīng)完成吊裝154臺、并網(wǎng)運行92臺，其中100米混塔完成吊裝67臺，120米完成吊裝110臺，140米完成吊裝38臺。該技術(shù)在江蘇高郵東部風(fēng)電場(chǎng)、河南天潤滑縣金堤風(fēng)場(chǎng)等多個(gè)工程應用，取得顯著(zhù)的社會(huì )經(jīng)濟效益。

　　鋼混塔架在風(fēng)場(chǎng)建設當地建立混凝土塔筒預制場(chǎng)地，鋼筋、混凝土、預應力索、其它鋼埋件等用量較大，不僅增加當地勞務(wù)就業(yè)，增加當地政府稅收，還能帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，包括整機研發(fā)與制造、零部件研發(fā)與制造、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)咨詢(xún)，促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展。而且，風(fēng)電場(chǎng)可以開(kāi)發(fā)成為城市周邊的旅游資源，豐富居民的日常生活。

　　通過(guò)鋼混塔架的研發(fā)，可以極大降低現有低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組的投資，促進(jìn)低風(fēng)速地區風(fēng)電行業(yè)和建筑建材及相關(guān)設計咨詢(xún)行業(yè)的發(fā)展。由于風(fēng)力發(fā)電綠色環(huán)保，如果按投產(chǎn)75萬(wàn)千瓦機組推算，可發(fā)電16.5億kWh，相當節省燃煤60萬(wàn)噸，減少溫室氣體二氧化碳排放102萬(wàn)噸，減排有害氣體二氧化硫852噸，氮氧化物6102噸，煙塵7332噸，環(huán)保作用十分明顯。

　　五、總結

　　本項目成果形成了具有自主知識產(chǎn)權的140米風(fēng)力發(fā)電混合塔架的成套關(guān)鍵技術(shù)，已獲得實(shí)用新型專(zhuān)利4項，申請發(fā)明專(zhuān)利4項，編制企業(yè)標準4項，為我國充分開(kāi)發(fā)低風(fēng)速、超低風(fēng)速區域的風(fēng)電資源提供了一種可靠技術(shù)。

　　本項目促進(jìn)風(fēng)電塔架產(chǎn)業(yè)鏈的綠色升級和產(chǎn)品設計升級，引領(lǐng)風(fēng)電塔架的設計技術(shù)變革和預應力技術(shù)、預制裝配式技術(shù)的升級。帶動(dòng)建筑行業(yè)和鋼鐵行業(yè)向多元化轉型，推動(dòng)高科技含量的綠色預制構件產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為中國城市邁向世界一流的綠色環(huán)保城市添磚加瓦。

140m混合塔架吊裝圖